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基于PMI与BTM的船舶事故原因文本挖掘

于卫红 付飘云 任月 王庆武

于卫红, 付飘云, 任月, 王庆武. 基于PMI与BTM的船舶事故原因文本挖掘[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(1): 35-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0005
引用本文: 于卫红, 付飘云, 任月, 王庆武. 基于PMI与BTM的船舶事故原因文本挖掘[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(1): 35-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0005
YU Weihong, FU Piaoyun, REN Yue, WANG Qingwu. Text Mining for Causes of Ship Accidents Based on PMI and BTM[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(1): 35-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0005
Citation: YU Weihong, FU Piaoyun, REN Yue, WANG Qingwu. Text Mining for Causes of Ship Accidents Based on PMI and BTM[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(1): 35-44. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0005

基于PMI与BTM的船舶事故原因文本挖掘

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.01.0005
基金项目: 

国家重点研发计划资助项目 2019YFB1600602

中央高校基本科研业务费专项资金 3132020139

详细信息
    通讯作者:

    于卫红(1972—),博士,副教授.研究方向:智能信息处理,文本挖掘. E-mail: yuwhdmu@dlmu.edu.cn.

  • 中图分类号: U698.6

Text Mining for Causes of Ship Accidents Based on PMI and BTM

  • 摘要: 为了实现从海量的船舶事故调查报告中自动提取出水上交通安全知识,提出了从词语和主题2个层面对船舶事故调查报告进行语义挖掘的方法,并以100份船舶自沉事故调查报告为语料进行具体挖掘。在词语层面,使用PMI算法从事故原因文本中挖掘频繁共现的词语模式,通过文本特征词的共现揭示事故致因要素间的关联。在主题层面,使用BTM算法对事故原因文本进行主题建模,通过主题对数似然、主题一致性评估建模结果的优劣。通过主题建模,对表征自沉事故原因的特征词进行聚类,并根据主题在文档集合中的分布初步量化出每种原因的发生概率。根据使用500组新数据集对主题模型预测能力的测试,所构建的主题模型能够100%识别出领域无关的词并自动忽略;对于语料库中85.6%的词语,所构建的主题模型能够明确地将其归属于代表某一原因的主题;另14.4%的词主题边界不明显,难以将其单独以较大的可能性明确归属到某一主题下。

     

  • 图  1  研究思路

    Figure  1.  Research ideas

    图  2  词共现语义网络图

    Figure  2.  Word co-occurrence semantic network

    图  3  主题模型对数似然的变化曲线

    Figure  3.  Log-likelihood curve of the topic model

    图  4  主题一致性的变化曲线

    Figure  4.  Topic coherence curve

    图  5  主题建模结果的可视化展示

    Figure  5.  Visualization of topic-modeling results

    图  6  主题概率分布条形图

    Figure  6.  Bar for the probability distribution of topics

    表  1  事故调查报告不同的存储格式

    Table  1.   Different storage formats of accident investigation

    报告的存储格式 数量
    .pdf 78
    .docx 1
    .doc 19
    .html 2
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    表  2  事故调查报告不同的来源

    Table  2.   Different sources of accident investigation reports

    报告的来源 数量
    广东海事局 21
    浙江海事局 14
    江苏海事局 13
    上海海事局 11
    河北海事局 9
    交通运输部海事局 8
    福建海事局 7
    辽宁海事局 7
    连云港海事局 3
    天津海事局 3
    山东海事局 2
    长江海事局 2
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    表  3  频繁共现词

    Table  3.   Frequent co-occurrence terms

    共现词对 共现次数 点互信息(PMI)
    货舱  进水 39 4.455 168
    大量  进水 31 6.065 41
    恶劣  天气 27 7.278 362
    船员  不适任 27 6.516 095
    船舶  稳性 27 3.176 843
    安全意识  淡薄 25 9.250 386
    船舶  储备浮力 21 3.409 883
    冒险  航行 20 6.600 984
    船舶  右倾 20 3.246 384
    超航区  航行 19 6.246 875
    船舶  丧失 19 2.757 346
    甲板  上浪 18 6.660 978
    船舶  不适航 18 4.287 026
    船舶  倾覆 18 3.591 881
    货舱  大量 17 5.232 425
    丧失  稳性 16 5.917 811
    船舶  倾斜 16 3.151 867
    应急处置  不当 15 7.456 837
    破损  进水 15 5.348 253
    船舶  横摇 15 3.772 453
    丧失  储备浮力 14 6.320 775
    稳性  丧失 14 5.683 346
    配员  不足 13 7.705 713
    船体  破损 12 6.251 5
    大风浪  天气 12 5.223 914
    大风浪  航行 11 3.960 88
    船舶  超航区 11 2.881 387
    严重  超载 10 7.125 078
    货物  移位 10 6.738 487
    船舶  左倾 10 3.661 422
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    表  4  主题模型评估指标值随主题数变化的情况

    Table  4.   Topic-number-dependent changes of topic-model evaluation measures

    主题数K 主题模型的对数似然 主题一致性
    5 -1 800 879.932 -59.079 7
    6 -1 793 935.425 -60.541 18
    20 -1 752 488.35 -48.773 9
    21 -1 750 153.414 -55.454 51
    49 -1 720 233.109 -69.822 96
    50 -1 718 244.737 -70.871 52
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    表  5  词语在主题中的概率分布

    Table  5.   Probability distribution of words in topics

    词语 Z1 Z2 Z20
    安全 0.006 728 0.008 146 0.007 857
    岸基 5.65×10-7 1.09×10-6 0.008 007
    暴雨 0.001 753 1.09×10-6 7.48×10-7
    溢出 5.65×10-7 1.09×10-6 0.001 946
    自由液面 0.002 997 0.000 653 7.48×10-7
    纵倾 0.000 509 0.003 693 7.48×10-7
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    表  6  各主题下出现概率最高的前10个词示例

    Table  6.   Demo about top 10 words under each topic

    Z5 Z6 Z14
    词语 概率 词语 概率 词语 概率
    船舶 0.159 6 事发水域 0.056 6 船舶 0.090 4
    内河 0.036 8 船舶 0.042 大风浪 0.036 4
    航行 0.036 5 复杂 0.023 6 进水 0.035 8
    不满足 0.021 水流 0.021 5 航行 0.033 2
    超载 0.019 9 潮流 0.019 6 货舱 0.029 4
    舱盖 0.019 6 驾驶员 0.019 4 风浪 0.023 4
    干舷 0.019 3 不当 0.019 1 上浪 0.021 7
    稳性 0.016 操纵 0.018 1 天气 0.016 6
    超航区 0.015 5 大潮汛 0.017 2 不当 0.015
    没有 0.015 3 紊乱 0.017 1 恶劣 0.014 8
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    表  7  主题含义

    Table  7.   Meaning of topics

    主题编号 主题含义
    Z1 船员安全意识淡薄
    Z2 船体强度不足
    Z3 泥沙、自由液面影响
    Z4 值班疏忽未及时发现异常
    Z5 船舶超航区、超载航行
    Z6 事发水域通航环境复杂
    Z7 船公司岸基支持不到位
    Z8 码头违规进行装载作业
    Z9 船舶稳性不足
    Z10 船体破损进水
    Z11 船员不适任
    Z12 储备浮力不足,进水后倾斜
    Z13 安全管理不到位
    Z14 大风浪影响
    Z15 值班驾驶员操纵不当
    Z16 货舱未达到风雨密要求
    Z17 盲目拖带
    Z18 擅自非法改建船舶
    Z19 货物易流态化、货物移位
    Z20 船长应急处置不当
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    表  8  主题的概率分布

    Table  8.   Probability distribution of topics

    主题编号 主题概率
    Z1 0.061 047 92
    Z2 0.031 747 13
    Z3 0.044 759 72
    Z4 0.032 590 22
    Z5 0.052 630 85
    Z6 0.031 090 63
    Z7 0.058 484 10
    Z8 0.029 038 19
    Z9 0.064 579 22
    Z10 0.037 648 75
    Z11 0.068 407 67
    Z12 0.033 253 63
    Z13 0.121 570 63
    Z14 0.120 803 56
    Z15 0.030 302 82
    Z16 0.049 700 77
    Z17 0.026 868 27
    Z18 0.033 191 44
    Z19 0.026 177 21
    Z20 0.046 107 28
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    表  9  用于测试的新数据集

    Table  9.   New dataset for testing

    编号 词语
    1 满载排水量
    2 潮汐
    3 精准营销
    4 岗前培训
    5 抢滩
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    表  10  预测结果

    Table  10.   Predicting outcomes

    主题编号 满载排水量 潮汐 岗前培训 抢滩
    Z1 0.000 0.000 0.000 0.153
    Z2 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z3 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z4 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z5 0.953 0.213 0.000 0.000
    Z6 0.000 0.780 0.000 0.000
    Z7 0.000 0.000 0.996 0.000
    Z8 0.000 0.000 0.000 0.206
    Z9 0.040 0.000 0.000 0.000
    Z10 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z11 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z12 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z13 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z14 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z15 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z16 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z17 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z18 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z19 0.000 0.000 0.000 0.000
    Z20 0.000 0.000 0.000 0.640
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  • 收稿日期:  2020-10-23
  • 刊出日期:  2021-02-28

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